“人造太陽(yáng)”研究之路

中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所

太陽(yáng)每日東起西落，普照大地，孕育自然萬(wàn)物，其能量源自其內(nèi)部時(shí)刻不停的核聚變反應(yīng)。當(dāng)科學(xué)家們了解核聚變?cè)碇蟊惝a(chǎn)生了一個(gè)夢(mèng)想：如果在地球上建造一個(gè)“人造太陽(yáng)”，則可源源不斷為人類提供清潔能源，造福子孫后代。

托卡馬克：“人造太陽(yáng)”點(diǎn)燃人類未來(lái)能源的希望之光

盡管人類已實(shí)現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈爆炸，但要想讓聚變能量被有效利用，就要實(shí)現(xiàn)可控核聚變。20世紀(jì)50年代，蘇聯(lián)科學(xué)家提出了磁約束的概念，并建成了一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器裝置，稱為托卡馬克（Tokamak）。它的名字來(lái)源于環(huán)形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnet）、線圈（kotushka），是俄語(yǔ)“磁線圈環(huán)形真空室”的縮寫。

托卡馬克是一種環(huán)型裝置，真空腔室外面纏繞著布置復(fù)雜的導(dǎo)體線圈，通入上萬(wàn)安電流時(shí)真空腔室內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場(chǎng)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)導(dǎo)體線圈和外部輔助加熱裝置大功率共同加熱，創(chuàng)造了實(shí)現(xiàn)氘核聚變的強(qiáng)磁場(chǎng)和超高溫環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)人類對(duì)聚變反應(yīng)的控制。核聚變能與太陽(yáng)產(chǎn)生能量的方式相同，因此受控?zé)岷司圩儗?shí)驗(yàn)裝置被人們稱為“人造太陽(yáng)”。

EAST裝置：突破難題填補(bǔ)空白 國(guó)際上開(kāi)放共享的研究平臺(tái)

由中科院等離子體所自主設(shè)計(jì)、研制并擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EAST裝置是世界上第一個(gè)非圓截面全超導(dǎo)偏濾器位形托卡馬克。它集超高溫、超低溫、超大電流、超強(qiáng)磁場(chǎng)和超高真空5個(gè)極限于一身。其獨(dú)有的非圓截面、全超導(dǎo)及主動(dòng)冷卻內(nèi)部結(jié)構(gòu)三大特性，為受控核聚變相關(guān)的前沿物理問(wèn)題研究，為未來(lái)穩(wěn)態(tài)、安全、高效的商業(yè)聚變堆提供了物理和工程技術(shù)基礎(chǔ)。

歷經(jīng)八年，克服重重困難，EAST于2006年建成并成功運(yùn)行。一些獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)得到國(guó)際同行的贊賞和借鑒。至今已開(kāi)展了10輪物理實(shí)驗(yàn)，總放電超過(guò)64000次，先后創(chuàng)造多項(xiàng)托卡馬克運(yùn)行的世界紀(jì)錄。近年來(lái)，每年上千人次國(guó)外科學(xué)家在EAST上開(kāi)展合作研究，EAST已成為國(guó)際上重要的聚變研究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。由17位國(guó)際著名核聚變專家組成的EAST國(guó)際顧問(wèn)委員會(huì)評(píng)估認(rèn)為EAST必將對(duì)國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃及下一代聚變裝置產(chǎn)生更多世界級(jí)的、獨(dú)一無(wú)二的貢獻(xiàn)。

參與ITER突破ITER：走中國(guó)核聚變研究之路

由歐盟、美、日、俄、中、韓、印七方共同承擔(dān)的ITER計(jì)劃，是全球規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際科技合作項(xiàng)目之一。等離子體所作為ITER計(jì)劃中國(guó)工作組主要依托單位，通過(guò)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)承擔(dān)了ITER多項(xiàng)高難度核心任務(wù)，實(shí)現(xiàn)ITER大電流超導(dǎo)導(dǎo)體100%中國(guó)制造，產(chǎn)品質(zhì)量100%滿足要求，進(jìn)度位列七方前列。

等離子體所在參與ITER計(jì)劃的同時(shí)，還積極參與、推動(dòng)我國(guó)未來(lái)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR）建設(shè)工作。CFETR是真正利用核聚變?nèi)剂线M(jìn)行發(fā)電的工程實(shí)驗(yàn)堆，是實(shí)現(xiàn)聚變能商用化的重要步驟。等離子體所通過(guò)多年的拼搏與實(shí)踐，培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的科學(xué)研究與工程技術(shù)人才，積累和掌握了一系列聚變研究核心技術(shù)，有基礎(chǔ)、有能力建設(shè)我國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆。目前，在科技部組織下，等離子體所參與CFETR設(shè)計(jì)與預(yù)研，并取得一系列進(jìn)展。

人類能否實(shí)現(xiàn)“人造太陽(yáng)”的夢(mèng)想？科學(xué)家們相信一定能！人類社會(huì)的發(fā)展始終離不開(kāi)能源的使用，化石能源的使用終將過(guò)去而新能源的運(yùn)用必然到來(lái)。雖然核聚變能研究還有很多難題需要破解，但等離子體所的科研團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)守新能源夢(mèng)想，并為之奮斗不息，希望在不久的將來(lái)，地球上會(huì)亮起一盞用聚變能點(diǎn)亮的燈！